DISEÑO DE UN SEPARADOR VERTICAL Se requiere de un separador vertical gravitacional que pueda operar 10 MM SCFD de un gas cuya peso específico es de 0.6 y tiene una presión de operación de 1000 psia y una temperatura de 60°F. El hidrocarburo líquido tiene un flujo de operación de 2000 BPD y una densidad de 40°API con una densidad de 0.014 cp. 1) CONSIDERACIONES INICIALES: Se utilizará la ecuaciones de diseño descritas en la presentación referida al diseño de separadores:
Como se observa en las ecuaciones anteriores, tanto el Dp como la Vt (Diametro (Diametro de gota y la velocidad terminal) se encuentran en ambas ecuaciones, por lo que, se debe utilizar el método de trial and error (prueba ( prueba – error). 2) Separadores Verticales: Para separadores verticales, para fines prácticos, prácticos, la ecuación 1 se puede expresar de la siguiente manera:
(Ecuación 2) Donde K = Es una constante que depende del diseño y condiciones de separación, que según la bibliografía, se la puede obtener de la siguiente tabla:
Por lo tanto, para una presión de 1000 psig, se obtiene el valor de K= 0.26 ft/s.
3) Calculó del diámetro mínimo: Para encontrar Vt mediante la ecuación 2, se procede al cálculo de la gravedad específica del gas y del líquido: Gas specific weight is y, = (PM/ZRT), para calcular Z puede utilizar cualquier método Z=0.84, ɣ=3.713 lb/ft3 (gas) y,=62.4xSG0= 51.48 lb/ft3 (liquido)
Posteriormente expresamos el caudal de gas en caudal por peso, es decir, de MM SCFD convertimos a lb/s w = 5.3 lb/s Para poder encontrar el diámetro mínimo se deben considerar las siguientes ecuaciones:
En base a la anterior relación, se debe encontrar el caudal másico expresado en ft3/s:
Q = w/ ɣg = 5.3 lb/s / 3.713 lb/ft3 = 1.43 ft3/s Posteriormente expresamos la velocidad del gas en función del diámetro de la siguiente relación: Vg = Q/A = 1.82/D
2
Considerando que Vg=Vt
2
1.82/D = D= 1.39 ft = 16.76 in De acuerdo a la siguiente tabla, el diámetro mínimo se asume como 20 in.
Ahora bien, como se definió en la primera parte, el Dp como la velocidad terminal, se hallan en ambas ecuaciones por lo que, la bibliografía sugiere, utilizar el siguiente gráfico:
Se puede observar que la abscisa está representada por el producto de Cd por el cuadrado del número de Reynolds, en este sentido, se puede expresar la abscisa como la siguiente expresión:
Se requiere asumir un dp, que según la bibliografía se encuentra entre 100-150 u m, asumimos 150 incialmente: -6
Dp = 150 um = 4.92 x 10 ft. 2
Cd(Re) = 10238 De la figura anterior: Cd = 0.99 Reemplazando en la Ec. 1
Vt= 0.52 ft/s Considerando que Vg=Vt 2
1.82/D = 0.52 ft/s D = 1.87 ft = 22.5 in De la tabla mencionada el diámetro es 24 in.
Ahora bien asumimos ya también un Dp = 100 um = 0.000328 ft Y se realiza el mismo proceso anterior, obteniéndose los siguientes valores: D = 4.17 ft = 50 in. INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS: La velocidad superficial aceptable máxima calculada de los factores en la Tabla 6-39 es para separadores que normalmente tienen un extractor de niebla de tela metálica. Esta relación debería permitir que todas las gotitas líquidas más grandes que 10 um se evacuaran con el gas. Por lo tanto, se considera para este ejemplo, el diseño de un separador de D = 20 in para un separador con extractor de niebla, un separador con D= 24 y 50 in para separadres sin extractor de niebla. 4)
Cálculo del nivel del líquido
Se requiere que un cierto almacenaje líquido asegure que el líquido y el gas alcanzan el equilibrio en la presión de separador. Esto es definido como "tiempo de retención" donde el líquido es retenido en el recipiente que asume el flujo de enchufe. El tiempo de retención es así el volumen del almacenaje líquido en el buque dividido por la relación de flujo. En la bibliografía se obtiene algunos criterios de diseño en base a la densidad de crudo:
Asumiendo un separador con extractor de niebla D= 20 in Vol = 0.1818 h El Caudal del líquido se halla expresado en bpd, se debe expresar en ft3/s, realizar las conversiones: Q = 2000 bdp = 0.13 ft3/s Por lo tanto: t= Vol/ Q = 1.4 h Para t= 1 min (API = 40) h = t/1.4 = 0.715 ft = 8.6 in in..
5)
Cálculo de la longitud de costura a costura: Este se determina en base a las condiciones geométricas del separador una vez que el diámetro y el peso y volumen del líquido son conocidos. Lss = (h + 76) / 12 (in) o Lss= (h + D + 40) / 12 Lss = 8.6 + 76 / 12 = 7.05 ft
